Ход плавки при скрап-рудном процессе.

Если в состав завода входят доменный, мартеновский и прокатные цехи, то чугун поступает в мартеновский цех в жидком состоянии. Таким образом, в рассматриваемом случае количество чугу­на, поступающего в мартеновский цех, зависит от произво­дительности доменного цеха. При проектировании завода учитывают, что доменный цех должен давать для мартеновс­кого определенное количество жидкого чугуна — обычно 55—70 % от массы шихты. Остальные 30—45 % металла шихты составляют отходы собственного производства (обрезь про­ката и др.) и лом, поступающий с близлежащих металлообра­батывающих предприятий.

Содержание углерода в металле при скрап-рудном процес­се регулируют не увеличением или уменьшением расхода чу­гуна (как при скрап-процессе), а введением в завалку большего или меньшего количества железной руды. Обычно

расход железной руды составляет 12—16 % от массы металли­ческой шихты. Если при том же расходе чугуна расход руды в завалку увеличить, то содержание углерода по расплавле­нии уменьшится, и наоборот.

Чтобы получить по расплавлении шлак нужной основности, в состав шихты при скрап-рудном процессе, так же как и при скрап-процессе, вводят известняк.

Ход плавки при скрап-рудном процессе следующий. После осмотра и ремонта пода на него с помощью завалочных машин заваливают железную руду и известняк, после некоторого прогрева подают скрап. После того как скрап нагрелся, в печь заливают чугун. Жидкий чугун проходит через слой скрапа и взаимодействует с железной рудой. Начинается интенсивное шлакообразование. Примеси чугуна энергично реагируют с окислами железа руды:

2Fe₂0₃ + 3[Si] = 3(Si0₂) + 4Ре_ж;

Fe₂0₃ + 3[Mn] = 3(MnO) + 2Fe_A;

5Fe₂0₃ + 6[P] = 3(P₂O_s) + lOFe*;

5Fe₂0₃ + 3[C] « ЗСО_газ + 2Fe*.

Шлак образуется в очень большом количестве. Образую­щийся в результате окисления углерода оксид углерода вспенивает шлак и он начинает вытекать, "сбегать" из пе­чи. Шлак, стекающий из печи во время плавления после за­ливки жидкого чугуна, называют "сбегающим" первичным шла­ком. Состав этого шлака характеризуется низкой основ­ностью и высоким содержанием FeO и МпО (если в чугуне со­держится больше 1% Мп). Железистые шлаки и пониженная температура благоприятствуют дефосфорации. Фосфор в этих шлаках находится главным образом в виде (FeO)₃P₂O_s.

Средний состав первичного сбегающего шлака следующий, %: Si0₂ 20-35; А1₂О_э 3-5; FeO 25-35; Fe₂0₃ 3-5; СаО 12-20; MgO 5-9; MnO 15-35; P₂O_s 2-4.

Как видно из приведенных данных, содержание СаО в этом шлаке невелико, поскольку известняк еще не успел доста­точно прогреться; процесс его разложения и всплывания образующейся СаО в шлак только начался.

Со сбегающим шлаком из печи удаляется значительное ко­личество нежелательных окислов Si0₂ и P₂O_s. К сожалению,

вместе со шлаком уходит также большое количество окислов железа и марганца. Поэтому в тех случаях, когда в шихте мало серы и фосфора, сбегающий шлак стараются задержать в печи и уменьшить тем самым потери металла.

Количество сбегающего шлака составляет 8-10 % от массы металла (50—70 % от всего образующегося во время плавле­ния шлака). Спуск шлака продолжается почти до полного расплавления шихты.

За период плавления полностью окисляется кремний, поч­ти полностью марганец и большая часть углерода.

Описанные выше процессы завалки шихты, заливки чугуна и плавления протекают довольно медленно (около 70 % вре­мени всей плавки), при этом расходуется значительное количество тепла топлива: до 80 % тепла, соответствующего общему расходу топлива на плавку. Для ускорения процесса плавления и окисления примесей вскоре после окончания заливки чугуна ванну начинают продувать кислородом.

Продувку ведут через водоохлаждаемые фурмы, опускаемые в отверстия в своде печи. Поскольку при продувке значи­тельная часть примесей окисляется за счет вдуваемого кис­лорода, расход железной руды в завалку резко сокращают. При окислении железа и примесей за счет подаваемого через фурмы газообразного кислорода выделяется значительное ко­личество тепла, металл энергично перемешивается, в то же время часть примесей окисляется за счет горячего кислоро­да, содержащегося в воздухе, поступающем из регенерато­ров. Продолжительность плавления при таком методе работы сокращается в два—три раза, соответственно уменьшается расход топлива. Обычно на продувку ванны во время плавле­ния расходуют около 30 м³ кислорода на 1т стали. Прихо­дится учитывать, что при продувке кислородом снижается выход металла как вследствие окисления железа, так и вследствие уменьшения расхода железной руды (часть железа руды восстанавливается и тем самым увеличивает выход ме­талла).

Состав шлака, сформировавшегося к моменту расплавления и после него, оказывается почти таким же, как при скрап-процессе. Так получается несмотря на то, что при скрап-рудном процессе в печь загружают больше чугуна, а вместе с ним и больше кремния, марганца, фосфора и других эле­ментов; объясняется это тем, что значительное количество

образующихся оксидов Si0₂. MnO, P₂O_s уходит из печи со сбегающим первичным шлаком еще до полного расплавления металла.

Проведение периода кипения {доводки). Поскольку соста­вы металла и шлака после расплавления при скрап- и скрап-рудном процессах практически не различаются, период до­водки протекает в обоих случаях также одинаково. Обычно после расплавления ванны в печь подают некоторое коли­чество железной руды или продувают ванну кислородом или сжатым воздухом.

Углерод начинает интенсивно окисляться, уровень шлака в печи несколько поднимается. Если в это время отключить подачу топлива, то давление в печи упадет и шлак вспенит­ся и уйдет из печи в специально подготовленные шлаковые чаши. На печах малой и средней емкости шлак скачивается через среднее завалочное окно, на большегрузных печах шлак скачивается еще и через специальные отверстия в зад­ней стенке печи. В тот момент, когда шлаковые чаши напол­нятся шлаком, топливо вновь подают в печь, давление в пе­чи возрастает, шлак оседает и перестает уходить из печи.

Всю операцию называют скачиванием шлака. Иногда для ускорения скачивания шлак сгребают с помощью гребков, по­мещаемых на хоботе завалочной машины. Отключать подачу топлива при этом не следует. Основность скачиваемого шла­ка гораздо выше, чем "сбегающего" во время плавления. Вместе со скачиваемым шлаком из печи уходят значительная часть оставшегося в ванне фосфора и некоторое количество серы.

Чтобы перевести оставшиеся в шлаке фосфор и серу в прочные соединения, наводят новый шлак присадками свеже-обожженной извести. Основность шлака CaO/Si0₂ при этом возрастает до 2,5 и более. Если такой шлак оказывается чрезмерно густым и вязким, то его разжижают присадками боксита или плавикового шпата. Окислительная атмосфера печи непрерывно питает ванну кислородом, содержащийся в металле углерод окисляется, и ванна кипит. Вызываемое этим перемешивание благоприятствует передаче тепла от фа­кела к ванне, и температура металла постепенно возрас­тает.

Задача мастера-сталевара заключается в том, чтобы к моменту, когда температура металла окажется достаточной

для выпуска, ванна хорошо прокипела, очистилась бы от га­зов и неметаллических включений, в металле содержалось бы необходимое количество углерода и минимум серы и фосфора. При соблюдении всех этих требований период доводки закан­чивают и металл раскисляют; если нужно, то металл леги­руют, а затем выпускают в ковш. Если раскислители вводят в ковш, то кипящий металл выпускают из печи без раскисле­ния. Продолжительность периода доводки 1—3 ч.

Начиная от Момента расплавления и до выпуска из печи отбирают пробы металла и шлака на анализ в экспресс-лабораторию цеха. Температуру металла измеряют термопара­ми погружения. Современные методы контроля плавки позво­ляют практически исключить случаи выплавки металла с отклонением от заданного анализа; более того, они позво­ляют выплавлять сталь с очень узкими колебаниями в хими­ческом составе.